Le nane bianche sono l’ultima fase più comune nella vita delle stelle. Si formano dopo che i loro genitori, come il nostro Sole, hanno esaurito tutte le loro fonti di energia nucleare disponibili.
La sua evoluzione segue un processo di raffreddamento ragionevolmente ben compreso. Ciò consente alle nane bianche di essere utilizzate come affidabili “orologi cosmici“.
Poiché l’attuale popolazione di questi oggetti non ha avuto abbastanza tempo per raffreddarsi fino a diventare non rilevabile, le nane bianche forniscono una stima dell’età della nostra galassia.
Con circa la metà della massa del Sole e delle dimensioni della Terra, le nane bianche sono estremamente dense. Pertanto, hanno proprietà diverse da qualsiasi cosa troviamo nel nostro sistema solare.
Quindi, ad esempio, se una nana bianca supera un certo limite di massa, esplode come una supernova termonucleare. Queste esplosioni sono uno degli eventi più luminosi dell’universo e sono state utilizzate per testare la sua espansione accelerata.
Tuttavia, sebbene ci siano diverse teorie disponibili, non sappiamo con certezza come una nana bianca possa aumentare la sua massa fino a esplodere.
Stelle binarie: perché è interessante studiarle?
Una grande frazione delle stelle simili al sole nella Via Lattea fa parte di sistemi binari, cioè un sistema composto da due stelle.
Si prevede che circa il 25% di queste stelle binarie sarà abbastanza vicino da avviare processi di trasferimento di massa. Cioè, una delle stelle trasferisce la sua massa all’altra. Questo processo di solito si verifica quando la stella più massiccia diventa una gigante rossa.
Poiché la stella compagna non può accumulare il materiale trasferito dal gigante, il sistema evolve attraverso quella che conosciamo come la fase dell’involucro comune. Il nucleo della stella gigante e la sua compagna orbitano l’uno intorno all’altro all’interno di un involucro di materiale costituito dagli strati esterni della stella gigante.
Le forze di attrito tra le due stelle e l’involucro portano a una drammatica contrazione della separazione orbitale e quindi al rilascio di energia orbitale.
Una frazione di questa energia viene depositata nell’involucro e alla fine viene utilizzata per espellerla. Il risultato è quindi un sistema binario costituito dal nucleo della stella gigante (che in seguito diventa una nana bianca) e dalla sua stella compagna simile al Sole separati da una distanza molto inferiore alla separazione orbitale iniziale.
Questo processo è responsabile della formazione di stelle binarie compatte composte da una stella di tipo solare e una nana bianca. In questo modo si formano anche altri oggetti “esotici“, come i sistemi binari in cui un componente è un buco nero o una stella di neutroni.
Tuttavia, non comprendiamo ancora appieno il processo evolutivo dell’involucro comune; in particolare non sappiamo quanta energia orbitale viene utilizzata per espellere l’involucro.
Il restante 75% delle stelle binarie che sono abbastanza distanti da evitare processi di trasferimento di massa si evolve come stelle singole. Finché finalmente uno di loro diventa una nana bianca.
Le separazioni orbitali di questi sistemi sono simili a quelle iniziali. Di conseguenza, i binari formati da una nana bianca e da una stella simile al Sole possono essere distinti in due tipi. Quelli che si sono evoluti attraverso la fase del guscio comune ora hanno periodi orbitali molto brevi e quelli che si sono evoluti evitando processi di trasferimento di massa e hanno separazioni orbitali molto più grandi.
In entrambe le popolazioni, le nane bianche possono essere utilizzate come strumenti ideali per studiare un’ampia varietà di problemi aperti nell’astronomia moderna.
Le osservazioni dirette di binari compatti ci consentono di misurare periodi orbitali e parametri stellari come massa e temperatura. Questa misurazione ci aiuta ad analizzare l’evoluzione passata e futura di questi sistemi, seguendo modelli teorici.
Pertanto, il confronto delle aspettative teoriche con i parametri osservati ci consente di migliorare la nostra comprensione sia della fase dell’involucro comune sia di chiarire i possibili progenitori delle supernove termonucleari.
Nel caso di binari che si sono evoluti senza trasferimento di massa, le nane bianche possono essere usate come “orologi cosmici” per raccontare l’età della loro stella compagna.
Per questo motivo, questo tipo di sistema è ideale per lo studio di vari argomenti. Ad esempio, la relazione tra l’età e la metallicità della galassia o le proprietà fisiche e magnetiche di stelle simili al sole.
Tuttavia, attualmente abbiamo osservazioni spettroscopiche di alcune migliaia di sistemi binari in cui un componente è una nana bianca e l’altro una stella simile al sole.
Autore
Alberto Rebassa Mansergas, Università Politecnica della Catalogna – BarcelonaTech
